電工電子技術(shù)第4章

1、4.1 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管共價(jià)健共價(jià)健 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子這一現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)。這一現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)?？昭昭ㄗ杂呻娮幼杂呻娮?Si Si Si Sip+多余多余電子電子磷原子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽栽诔叵录纯勺優(yōu)樽杂呻娮佑呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變失去一個(gè)電子變?yōu)檎x子為正離子 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使空間擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。電荷區(qū)變寬。+動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù)

2、外電場(chǎng)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)PN+ 內(nèi)電場(chǎng)被加內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，少子數(shù)量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。IR+陰極引線陰極引線陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層P型硅型硅N 型硅型硅( c ) 平面型平面型金屬觸絲金屬觸絲陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線N 型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線PN 結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極( d ) 符號(hào)符號(hào)D反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UI

3、PN+PN+定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止 若二極管是理想的，若二極管是理想的，例例1：D6V12V3k BAUAB+例例2:mA43122DIBD16V12V3k AD2UAB+V sin18itu t UZIZIZM UZ IZ_+UIOZZ ZIUrNNPBECBECIBIEICBECIBIEICEEBRBRCBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIIICEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略 即管子各電極

4、電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。的依據(jù)。 重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+常數(shù)CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOIB=020 A40 A60 A80 A100 A常數(shù)B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)91

5、2O放大區(qū)放大區(qū)O BCII_ BCII 5 .3704. 05 . 1BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCII ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)ICUCEO4.3 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET)場(chǎng)效應(yīng)晶體管與雙極型晶體管不同，它是場(chǎng)效應(yīng)晶體管與雙極型晶體管不同，它是電壓控制元件電壓控制元件，輸出電流取決于輸入電壓，不需要信號(hào)源提供電流；輸出電流取決于輸入電壓，不需要信號(hào)源提供電流；輸入電阻輸入電阻高高（可達(dá)（可達(dá)1091015 ），），溫度穩(wěn)定性好溫度穩(wěn)定性好。耗盡型耗盡型增強(qiáng)型增強(qiáng)型（PMOS管）管）（NMOS管）

6、管）P溝道溝道N溝道溝道絕緣柵型絕緣柵型MOS管管 結(jié)型結(jié)型JFET管管P溝道溝道N溝道溝道（PMOS管）管）（NMOS管）管）分類(lèi)分類(lèi):（六種類(lèi)型）（六種類(lèi)型） P溝道溝道N溝道溝道4.3.1 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和符號(hào)結(jié)構(gòu)和符號(hào)P型襯底型襯底 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是一種金屬絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是一種金屬(M)-氧化物氧化物(O)-半導(dǎo)體半導(dǎo)體(S)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱(chēng)為的場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱(chēng)為MOS（Metal Oxide Semiconductor）管）管 金屬鋁電極金屬鋁電極 兩個(gè)兩個(gè)N+區(qū)區(qū)PN+ N+G(柵極柵極)S(源極源極)D(漏極漏極)1.溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管 SiO

7、2絕緣層絕緣層溝道溝道 GSD增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS管管柵極柵極 漏極漏極 源極源極 b襯底襯底P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管結(jié)構(gòu)圖管結(jié)構(gòu)圖GSD增強(qiáng)型增強(qiáng)型PMOS管管柵極柵極 漏極漏極 源極源極 b襯底襯底NP+ P+GSDUGS 0 感應(yīng)出電子，出現(xiàn)以電子感應(yīng)出電子，出現(xiàn)以電子導(dǎo)電的導(dǎo)電的N型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道 工作原理工作原理 UDSUGSPN+ N+GSDUGS=0時(shí)時(shí)ID=0UGSUTID0當(dāng)當(dāng)UGS = 0時(shí)時(shí) , UDS0， 但但I(xiàn)D = 0。 UDS一定，一定，UGS值越大，值越大，電場(chǎng)作用越強(qiáng)，導(dǎo)電的電場(chǎng)作用越強(qiáng)，導(dǎo)電的溝道越寬，溝道電阻越溝道越寬，溝道電阻越小，小，ID就越

8、大。就越大。開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓UT (UGS(th) 當(dāng)當(dāng)UGSUT , UDS0時(shí)時(shí) , UGS ID 。SD 輸出特性輸出特性 I D(mA) 區(qū)區(qū) 區(qū)區(qū) 區(qū)區(qū)UGS=5V4.5V4V3.5V3V2.5V (UT)0 2 4 6 8 UDS(V)25413常數(shù)常數(shù) GS)(DSDUUfI恒流區(qū)（恒流區(qū)（ 區(qū)）：區(qū)）：UGSUT，UDS較大時(shí)，較大時(shí)， UGS一定，則一定，則ID不變（不變（恒流恒流）。用跨導(dǎo)）。用跨導(dǎo)gm來(lái)表示來(lái)表示UGS對(duì)對(duì)ID的控制作用。的控制作用。 可 變 電 阻 區(qū) （可 變 電 阻 區(qū) （ 區(qū) ） ：區(qū) ） ： UGSUT，UDS很小很小場(chǎng)效應(yīng)管相當(dāng)于一個(gè)壓控電阻場(chǎng)

9、效應(yīng)管相當(dāng)于一個(gè)壓控電阻 UGD=UGSVDSUT 時(shí)時(shí)常常數(shù)數(shù) DSGSDUmUIg截止區(qū)：截止區(qū)：UGSUT 電流電流ID=0管子處于截止?fàn)顟B(tài)。管子處于截止?fàn)顟B(tài)。擊穿區(qū)（擊穿區(qū)（區(qū)）區(qū)）:當(dāng)當(dāng)UDS太大時(shí)，太大時(shí)，PN結(jié)反向擊穿，結(jié)反向擊穿， 使使ID急急劇增加，會(huì)造成管子損壞。劇增加，會(huì)造成管子損壞。12ID(mA) 4UT0 2 4 6 8 UGS(V)826UDS=常數(shù)常數(shù) 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移特性特性 常常數(shù)數(shù) DS)(GSDUUfI2TGSDSSD1）（UUII 其中其中IDSS是是UGS=2UT 時(shí)的時(shí)的ID值值 2.溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管管 GSD耗盡耗盡型型NMOS管管柵極柵極

10、漏極漏極 源極源極 b襯底襯底GSPN+ N+D預(yù)埋了導(dǎo)電溝道預(yù)埋了導(dǎo)電溝道 I D(mA)3V2V1VUGS= 0V-1V-2V0 4 8 12 14 UDS(V)410 826區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)-4 -2 0 2 4 UGS(V)ID(mA) 4UP826UDS=常數(shù)常數(shù) 耗盡型耗盡型NMOS管輸出特性管輸出特性耗盡型耗盡型NMOS管轉(zhuǎn)移特性管轉(zhuǎn)移特性UP (UGS(off)夾斷電壓夾斷電壓 UGS = UP (UGS(off) 時(shí)，導(dǎo)電溝道消失，時(shí)，導(dǎo)電溝道消失，ID0 UGS溝道溝道加寬加寬ID， UGS溝道變窄溝道變窄ID1. 場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn) （1）在場(chǎng)效應(yīng)管中，溝道是唯一的

11、導(dǎo)電通道，導(dǎo)電過(guò)程只）在場(chǎng)效應(yīng)管中，溝道是唯一的導(dǎo)電通道，導(dǎo)電過(guò)程只有一種極性的多數(shù)載流子，為有一種極性的多數(shù)載流子，為單極型管單極型管； （2）場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)柵源）場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)柵源UGS電壓來(lái)控制電流電壓來(lái)控制電流ID，為，為壓控壓控元件元件； （3）場(chǎng)效應(yīng)管）場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻大輸入電阻大，輸出電阻輸出電阻； （4）場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)）場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)gm的值小；的值小； （5）漏源極可互換使用；）漏源極可互換使用； （6）有較高的熱穩(wěn)定性。）有較高的熱穩(wěn)定性。4.3.2 場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)和主要參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)和主要參數(shù) 2.場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù) 直流參數(shù)直流參數(shù)輸入電阻輸入電阻

12、RGS 耗盡型耗盡型MOS管的夾斷電壓管的夾斷電壓UP (UGS(off) )，增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS管的開(kāi)啟電壓管的開(kāi)啟電壓UT (UGS(th) )， 漏極飽和電流漏極飽和電流IDSS。 極限參數(shù)極限參數(shù) 最大漏極電流最大漏極電流IDM、最大耗散功率、最大耗散功率PDM 、漏源擊穿電壓、漏源擊穿電壓U（BR）DS。柵、源擊穿電壓。柵、源擊穿電壓U（BR）GS。極間電容極間電容：Cgs和和Cgd為為13pF，Cds約為約為0.11pF。極間電容的。極間電容的存在決定了管子的最高工作頻率和工作速度存在決定了管子的最高工作頻率和工作速度 單位：?jiǎn)挝唬?mS 交流參數(shù)交流參數(shù)低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm：當(dāng)當(dāng)UDS=常數(shù)，常數(shù)，常常數(shù)數(shù) DSGSDmUdudig20020 ms51mg4210101471010對(duì)應(yīng)電極對(duì)應(yīng)電極